Отражение света - Кизель В.А.
Скачать (прямая ссылка):
(22.4) не дают. Подобное же явление должно наблюдаться при наличии пространственной дисперсии и в отсутствие поверхностного слоя (см. § 18).
Формулы 2-го порядка дают более сложную картину. Оказывается, что угол Брюстера (tg фвр = п), "угол поляризации" (Ег" минимально) и "главный угол" (Д = = я/2) не совпадают и для непоглощающих сред. Это, как показали, например, работы, цитированные в гл. 1 ([57-59]), действительно имеет место, хотя различие не превышает V. Расчет второго приближения дает также отражение при п\ = п2, полученное в экспериментах Вуда и Рэлея. Точных количественных проверок этих формул не производилось.
Рассмотренные формулы (22.3) и (22.4) получены методами классической электродинамики. Однако в ряде случаев (даже при толщинах, когда по изложенным критериям еще применима макроскопическая теория) необходимо учесть квантовые размерные эффекты. Движения и колебания частиц в направлении оси z оказываются квантованными. Эти эффекты могут проявляться
О
уже при толщинах порядка /<600-1000 А, особенно з металлических и отчасти в полупроводниковых пленках.
При наличии квантовых размерных эффектов весьма существенно состояние поверхности; если поверхность
') Наличие на поверхности пылинок и т. п. формально можно описать, введя некоторый условный поверхностный слой [24J.
ТОНКИЕ ПОВЕРХНОСТНЫЕ СЛОИ
191
шероховата, должны возникать некоторые добавочные поверхностные локализованные состояния.
Некоторые теоретические и экспериментальные сведения о влиянии подобных эффектов на отражение для тонких пленок получены в работах [22-27]. Они играют роль и в сверхпроводящих пленках. Размерные эффекты имеют место, конечно, и в кристаллах. Для молекулярных кристаллов этот вопрос рассмотрел А. С. Давыдов [28] (см. также [29]).
Во всех случаях имеется немонотонная, осциллирующая зависимость эффективных оптических параметров от толщины пленки или кристалла (конечно, с иным, меньшим, периодом осцилляции, чем показанный на рис. 59, поскольку физические причины ее иные).
Экспериментально этот эффект может быть отделен от интерференции, кроме периода осцилляций (и факта их появления при /¦СЯ), по температурному ходу; при повышении температуры уровни расплываются и осцилляции становятся менее заметными.
Кроме специфических квантовых размерных эффектов, следует упомянуть также размерные эффекты, непосредственно с квантовой трактовкой не связанные. При отражении от тонкого слоя в области резонансов, если оптическая толщина его значительно меньше глубины проникновения и длины волны, должен проявляться кооперативный радиационный эффект, т. е. радиационная ширина соответствующих переходов возрастает и становится равной Ny (где N - число излучающих осцилляторов, а ч - радиационная ширина изолированного атомного осциллятора [30-31]).
Это, очевидно, одно из частных проявлений того обстоятельства, что рассмотренная выше интерференция первичной и всех вторичных волн в очень тонких слоях оказывается уже "неполной", и проявление связей осцилляторов, не учтенных в (10.1) и (10.6).
В последнее время приобрел большой интерес вопрос об отражении света тонким движущимся слоем - фронтом ударной волны. Оценки толщины этого слоя весьма грубы, и теория отражения почти не развита, хотя для исследователей эти явления весьма интересны и используются для качественных наблюдений.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
ВЛИЯНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ структуры ПОВЕРХНОСТИ НА ОТРАЖЕНИЕ
§ 23. Диэлектрические молекулярные кристаллы и жидкости
В § 6 были высказаны общие соображения о роли строения поверхности. Ниже рассмотрен лишь случай "молекулярно-гладкой" поверхности без загрязнений, окислов и т. п., когда ее структура связана с молекулярным строением чистого вещества.
Когда размеры поверхностного слоя становятся сравнимыми с характерным микроскопически размером среды d, феноменологическое описание невозможно и необходимо построить микроскопическую картину.
Единого подхода к построению теории связи структуры поверхности с характером отражения еще нет. При рассмотрении, например, поверхности диэлектрических (атомных или молекулярных) жидкостей вдали от областей резонансов в основном учитываются изменения в ориентации молекул и межмолекулярных расстояниях. Изменение энергетических уровней молекул (проявляющееся в изменении тензора поляризуемости) рассматривается как явление второстепенное.
Для полупроводников основным фактором является деформация энергетических зон и появление поверхностных состояний, поверхностных экситонов и др. В металлах, помимо этих факторов, важную роль играет отражение электронов проводимости от поверхности и изменения их скоростей в поверхностном слое.
В связи с этим дать общую теорию затруднительно.
$ 231 ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КРИСТАЛЛЫ И ЖИДКОСТИ I93
Ниже рассматриваются некоторые примеры, позволяющие оценить влияние различных факторов на ход отражения и возможности методики.
Для диэлектрических молекулярных жидкостей и кристаллов наиболее удобно воспользоваться методом Д. В. Сивухина (см. § 22), поскольку он рассматривает вещества молекулярного строения, не ограничен предположениями о толщине слоя, пригоден и для слоев молекулярных размеров (до мономолекулярных), а параметры, характеризующие свойства слоя, выступают в явном виде. Могут быть применены формулы (22.3) и
